灰土擠密樁在特殊地基處理中的設(shè)計(jì)應(yīng)用

王繼平

(山西省公路局忻州分局，山西忻州 034000)

1 工程概況

某高速位于晉北黃土高原南部，境內(nèi)以黃土臺(tái)塬、黃土梁峁溝壑為主。路線所在區(qū)位于黃土高原中部，處于晉北濕陷性黃土工程地質(zhì)區(qū)中部，黃土分布廣、厚度大、土質(zhì)均勻、結(jié)構(gòu)疏松、孔隙發(fā)育，具有自重濕陷性。其中K22+470～K22+650段位于汾河三級(jí)階地，地形起伏稍大，地下水埋藏深。該段路基主要以填方為主，填土高度在8 m～10 m左右，局部段落為半填半挖路基。地質(zhì)勘察結(jié)果表明，該路段上部為第四系上更新統(tǒng)新黃土(堅(jiān)硬)，下伏中更新統(tǒng)老黃土(堅(jiān)硬)。上部新黃土厚度為16．1 m～26．8 m，土體濕陷性嚴(yán)重，濕陷等級(jí)為自重Ⅲ級(jí)～自重Ⅳ級(jí)，并且為中壓縮性土?？紤]該段路基填高對(duì)地基承載力要求較高，該段施工場(chǎng)地距離村莊較近，經(jīng)過(guò)多方案的比選后，確定采用灰土擠密樁。

2 灰土擠密樁的加固機(jī)理

灰土擠密樁的加固機(jī)理可從如下幾方面進(jìn)行分析:

1)土的側(cè)向擠密作用。土(或灰土)樁擠壓成孔時(shí)，樁孔位置原有土體被強(qiáng)制側(cè)向擠壓，使樁周一定范圍內(nèi)的土層密實(shí)度提高。其擠密影響半徑通常為1．5～2．0(為樁徑直徑)。相鄰樁孔間擠密效果試驗(yàn)表明，在相鄰樁孔擠密區(qū)交界處擠密效果相互疊加，樁間土中心部位的密實(shí)度增大，且樁間土的密度變得均勻。2)灰土改良作用?；彝翗妒怯檬液屯涟匆欢w積比例(2∶8或3∶7)拌和，灰土具有良好的改良作用，經(jīng)夯實(shí)形成樁體后它可達(dá)到擠密地基效果，提高地基承載力，消除濕陷性，沉降均勻和沉降量減小。3)樁體作用。在灰土樁擠密地基中，由于灰土樁的變形模量遠(yuǎn)大于樁間土的變形模量，荷載向樁上產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而降低了基礎(chǔ)底面以下一定深度內(nèi)土中的應(yīng)力，消除了持力層內(nèi)產(chǎn)生大量壓縮變形和濕陷變形的不利因素。

3 灰土擠密樁的設(shè)計(jì)

3．1 樁孔直徑選擇

樁孔直徑主要取決于施工機(jī)械的能力和地基土層的原始密實(shí)度。樁徑過(guò)小，樁數(shù)增多，增加了打樁和回填工作量。樁徑過(guò)大，樁間土擠密效果差，均勻性也差，不能完全消除黃土地基的濕陷性;同時(shí)要求成孔機(jī)械的能量也太大，振動(dòng)過(guò)程對(duì)周?chē)ㄖ锏挠绊懘?。綜合以上因素，該工程樁徑定為0．4 m。

3．2 樁孔深度

灰土擠密樁深度主要取決于濕陷性黃土層的厚度、性質(zhì)及成孔機(jī)械的性能，避免因深度過(guò)小，而使其不經(jīng)濟(jì)。綜合考慮以上因素，根據(jù)規(guī)范要求，最終確定樁長(zhǎng)長(zhǎng)度為6 m。

3．3 處理寬度

灰土擠密樁復(fù)合地基的效果與處理寬度有關(guān)，當(dāng)處理寬度不足時(shí)，基礎(chǔ)仍可能產(chǎn)生明顯下沉。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)浸水試驗(yàn)，灰土擠密樁的處理寬度采用以下數(shù)值:每邊超出基礎(chǔ)邊緣尺寸不小于0．5 m。

3．4 樁孔平面布置

樁孔布置的基本原則是盡量減少未擠密的空白面積。樁孔可采用四邊形或等邊三角形。本工程采用等邊三角形。

3．5 樁距

灰土擠密樁地基的效果與樁距的大小關(guān)系極大。樁距大了，樁間土的擠密效果不好，濕陷性消除效果差，承載能力提高不多;樁距太小，樁數(shù)增加太多則不經(jīng)濟(jì)，同時(shí)成孔時(shí)地面隆起，樁管打不下去，給施工造成困難，因此需合理地選擇樁距。選擇樁距應(yīng)以樁間擠密土能達(dá)到設(shè)計(jì)的密實(shí)度為準(zhǔn)。本工程樁距為1．5 m。

4 灰土擠密樁施工

1)灰土擠密樁施工采用沉管擠密法成孔，施工現(xiàn)場(chǎng)集中拌制3∶7灰土，人工填料，100 kg～125 kg的夾桿錘夯實(shí)機(jī)分層回填夯實(shí)。拌制灰土用土來(lái)源為現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)質(zhì)黃土。

2)沉管法成孔。采用柴油打樁機(jī)將帶有特制樁尖的鋼制樁管打入土層中至設(shè)計(jì)深度，然后緩慢拔出樁管即成孔，在沉管成孔施工中，應(yīng)作到:a．樁機(jī)就位必須平穩(wěn)，不發(fā)生移動(dòng)或傾斜，樁管應(yīng)對(duì)準(zhǔn)樁位。b．沉管開(kāi)始階段應(yīng)輕擊慢沉，待樁管方向穩(wěn)定后再以正常速度沉管。最初完成的2個(gè)～3個(gè)樁孔，土層有變化的部位或沉管貫入度出現(xiàn)反常的地方，均應(yīng)逐孔詳細(xì)記錄錘擊數(shù)和振動(dòng)沉入的時(shí)間，出現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)解決。

3)樁孔夯填。灰土擠密樁所用的熟石灰在當(dāng)?shù)刭?gòu)買(mǎi)，填樁孔所用的土料和石灰應(yīng)符合下列要求:a．夯實(shí)成樁施工步驟:夯機(jī)整平穩(wěn)固并對(duì)準(zhǔn)樁孔中心→底夯→填料→夯實(shí)填料→至設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高→夯機(jī)移位。b．土料不得使用鏟運(yùn)機(jī)拉運(yùn)的土料，有機(jī)質(zhì)含量大于8%的表層耕土，淤泥質(zhì)土，夾有磚塊，瓦礫和生活垃圾的雜填土不得使用。土料一般要過(guò)篩，篩孔規(guī)格為20mm，土塊粒徑不得大于15 mm。c．石灰用生石灰消解而成，生石灰必須充分消解(悶透)，生石灰消解時(shí)間不得小于3 d～4 d，消解后的石灰過(guò)篩，粒徑不得大于5 mm，且不得夾有未熟化的生石灰塊粒，石灰質(zhì)量不低于三級(jí)，活性成分 CaO+MgO(按重量計(jì))不小于50%。d．經(jīng)常測(cè)灰土的含水量，以保證灰土含水量接近最優(yōu)。當(dāng)灰土含水量超過(guò)最優(yōu)含水量±2%時(shí)，應(yīng)灑水濕潤(rùn)或晾曬。e．灰土拌和比例為3∶7，要求灰土拌和均勻，顏色一致，拌和好的灰土不宜隔日使用。f．填夯所用的錘應(yīng)小于樁孔直徑9 cm～12 cm，夯錘重量不宜小于100 kg，錘底面靜壓力不宜小于20 kPa，提升高度不小于60 cm。g．夯機(jī)就位后應(yīng)保持平穩(wěn)，夯錘對(duì)正樁孔，自由下落到孔底。h．樁孔內(nèi)有雜物或積水時(shí)應(yīng)清理干凈，記錄好管長(zhǎng)與實(shí)際孔深之差，成孔后應(yīng)實(shí)測(cè)虛土厚度，虛土厚度不大于500 mm時(shí)可采用底夯處理(底夯一般不少于20擊)，填料前應(yīng)先夯擊孔底至發(fā)出清脆聲音為止，當(dāng)虛土厚度不小于500 mm時(shí)應(yīng)采取復(fù)打(重樁)處理。i．人工填料時(shí)應(yīng)指派專(zhuān)人進(jìn)行，不得盲目亂填，按試樁結(jié)論的要求進(jìn)行，嚴(yán)格禁止用送料車(chē)直接向孔內(nèi)倒料。

5 施工注意事項(xiàng)

1)施工前必須進(jìn)行成樁試驗(yàn)，對(duì)不同的土質(zhì)、地質(zhì)條件分別確定最佳含水量、錘擊次數(shù)、落距和松鋪系數(shù)等參數(shù)。2)對(duì)消石灰:其活性組織CaO，MgO的總質(zhì)量百分含量不得低于50%，一般常用熟石灰粉，應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ級(jí)以上的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。土料:宜選用粘性土，需打碎過(guò)篩，其中有機(jī)物含量不得大于8%。通過(guò)覆蓋和噴水悶土等方法確保含水量在最佳范圍。3)遇到黃土地基下有砂石夾層，在施工時(shí)會(huì)出現(xiàn)塌孔。處理措施采用灌水重新沖孔后及時(shí)回填。4)施工完后要及時(shí)做灰土封閉，為下面的路基施工做好準(zhǔn)備。5)大面積施工前應(yīng)先進(jìn)行小范圍試樁，根據(jù)施工后實(shí)際情況可適當(dāng)調(diào)整有關(guān)參數(shù)。樁體施工完畢后，將樁頂1 m范圍鏟除，設(shè)置50 cm的10%灰土墊層。擠密樁拌和按照生石灰∶素土=8∶2(重量比)。

6 結(jié)語(yǔ)

灰土擠密樁在本工程中的應(yīng)用，達(dá)到了提高地基承載力的目的。由于該方法是原位處理濕陷性黃土，無(wú)需挖出地基土，具有良好的環(huán)保作用，而且處理地基較深，施工機(jī)械簡(jiǎn)單，施工工藝簡(jiǎn)便，是經(jīng)濟(jì)與技術(shù)效果都較好的一種地基處理方法。

［1］《地基處理手冊(cè)》編寫(xiě)委員會(huì)．地基處理手冊(cè)［M］．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2000．

［2］JTG D30-2004，公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．